解析HOT原理
2020-06-09 19:31:01
一、疑问
前段时间；QQ群里有人对“这个表（0,4）这行数据我做了update操作，查看索引的page数据，看到索引一直指向（0,4），用ctid='(0,4)'查询业务表是查不到数据的；然后我做了表的vacuum，reindex甚至drop/create index，还是这样的”感到疑惑。
在PostgreSQL8.3实现了（heap only tuple）HOT特性。它存在的目的就是消除表非索引列更新对索引影响。但是它如何工作的呢？
二、解析
我们来模拟环境
postgres=# create table tbl_hot(id int primary key, info text);CREATE TABLEpostgres=# insert into tbl_hot select generate_series(1, 4), 'lottu';INSERT 0 4postgres=# select ctid ,t.* from tbl_hot t; ctid | id | info -------+----+------- (0,1) | 1 | lottu (0,2) | 2 | lottu (0,3) | 3 | lottu (0,4) | 4 | lottu(4 rows)postgres=# \d tbl_hot Table "public.tbl_hot" Column | Type | Collation | Nullable | Default --------+---------+-----------+----------+--------- id | integer | | not null | info | text | | | Indexes: "tbl_hot_pkey" PRIMARY KEY, btree (id)
我们创建表tbl_hot；并插入4条记录。这是我们更新（0,4）这条记录。如下
postgres=# update tbl_hot set info = 'rax' where id = 4;UPDATE 1postgres=# select ctid ,t.* from tbl_hot t; ctid | id | info -------+----+------- (0,1) | 1 | lottu (0,2) | 2 | lottu (0,3) | 3 | lottu (0,5) | 4 | rax(4 rows)
更新之后我们看下索引有变化没？
postgres=# select * from bt_page_items('tbl_hot_pkey', 1); itemoffset | ctid | itemlen | nulls | vars | data ------------+-------+---------+-------+------+------------------------- 1 | (0,1) | 16 | f | f | 01 00 00 00 00 00 00 00 2 | (0,2) | 16 | f | f | 02 00 00 00 00 00 00 00 3 | (0,3) | 16 | f | f | 03 00 00 00 00 00 00 00 4 | (0,4) | 16 | f | f | 04 00 00 00 00 00 00 00(4 rows)bt_page_items函数是用来：返回关于B-树索引页面上所有项的详细信息，在B树叶子页面中，ctid指向一个堆元组。在内部页面中，ctid的块编号部分指向索引本身中的另一个页面。
我们可以看出索引没变化。索引存放是表数据的ctid+索引值。使用索引可以快速找到对应记录的ctid。现在 记录id=4 索引的ctid（0,4）跟表对应ctid(0,5)不一致。那是不是索引失效了。我们来测试下
postgres=# explain select id from tbl_hot where id = 4; QUERY PLAN --------------------------------------------------------------------------------- Index Only Scan using tbl_hot_pkey on tbl_hot (cost=0.15..8.17 rows=1 width=4) Index Cond: (id = 4)(2 rows)
索引没失效；那如何找到对应的记录呢？我们先来看下表存储的page情况
get_raw_page: 根据参数表明、数据文件类型（main、fsm、vm）以及page位置，将当前表文件中的page内容返回。还有一个函数于此同名，只有两个参数，是将第二个参数省略，直接使用'main'。heap_page_items: 参数是函数get_raw_page的返回值，返回值是将page内的项指针(ItemIddata)以及HeapTupleHeaderData的详细信息。其中理解下下面字段含义lp：这是插件自己定义的列，在源码中其实没有，这个是项指针的顺序。lp_off：tuple在page中的位置lp_flags： 含义如下#define LP_UNUSED 0 /* unused (should always have lp_len=0) */#define LP_NORMAL 1 /* used (should always have lp_len>0) */#define LP_REDIRECT 2 /* HOT redirect (should have lp_len=0) */#define LP_DEAD 3 /* dead, may or may not have storage */t_ctid： 这个是指物理IDt_infomask2：表字段的个数以及一些flags；其中flag含义#define HEAP_NATTS_MASK 0x07FF /* 11 bits for number of attributes *//* bits 0x1800 are available */#define HEAP_KEYS_UPDATED 0x2000 /* tuple was updated and key cols* modified, or tuple deleted */#define HEAP_HOT_UPDATED 0x4000 /* tuple was HOT-updated */#define HEAP_ONLY_TUPLE 0x8000 /* this is heap-only tuple */#define HEAP2_XACT_MASK 0xE000 /* visibility-related bits */
postgres=# select * from heap_page_items(get_raw_page('tbl_hot', 0)); lp | lp_off | lp_flags | lp_len | t_xmin | t_xmax | t_field3 | t_ctid | t_infomask2 | t_infomask | t_hoff | t_bits | t_oid | t_data ----+--------+----------+--------+--------+--------+----------+--------+-------------+------------+--------+--------+-------+------------------------ 1 | 8152 | 1 | 34 | 554 | 0 | 0 | (0,1) | 2 | 2306 | 24 | | | \x010000000d6c6f747475 2 | 8112 | 1 | 34 | 554 | 0 | 0 | (0,2) | 2 | 2306 | 24 | | | \x020000000d6c6f747475 3 | 8072 | 1 | 34 | 554 | 0 | 0 | (0,3) | 2 | 2306 | 24 | | | \x030000000d6c6f747475 4 | 8032 | 1 | 34 | 554 | 555 | 0 | (0,5) | 16386 | 1282 | 24 | | | \x040000000d6c6f747475 5 | 8000 | 1 | 32 | 555 | 0 | 0 | (0,5) | 32770 | 10498 | 24 | | | \x0400000009726178(5 rows)我们来理下：我们通过条件id=4；如何找到对应的记录
- 找到指向目标数据tuple的索引tuple(0,4)
- 根据获取索引tuple的位置(0,4)；找到行指针lp为4的位置。即对应的ctid为(0,5)
- 根据ctid为(0,5)；我们可以找到两条tuple。根据PG的MVCC机制连判断哪条tuple可见
- 可以找到对应tuple
更新多次原理也差不多。
这个时候你会有一个疑问“执行vacuum；清理表tuple(0,4);少了步骤2；那上面的流程就走不通了”。我们来解析下：
postgres=# vacuum tbl_hot;VACUUMpostgres=# select lp, lp_off, lp_flags, t_ctid, t_infomask2 from heap_page_items(get_raw_page('tbl_hot', 0)); lp | lp_off | lp_flags | t_ctid | t_infomask2 ----+--------+----------+--------+------------- 1 | 8152 | 1 | (0,1) | 2 2 | 8112 | 1 | (0,2) | 2 3 | 8072 | 1 | (0,3) | 2 4 | 5 | 2 | | 5 | 8040 | 1 | (0,5) | 32770(5 rows)这时；为了解决这个问题，postgresql会在合适的时候进行行指针的重定向（redirect）,这个过程称为修剪。现在按照这种情况我们来理下：我们通过条件id=4；如何找到对应的记录
- 找到指向目标数据tuple的索引tuple(0,4)
- 根据获取索引tuple的位置(0,4)；找到行指针lp为4的位置；这是lp_flags为2表示指针重定向lp为5；即行指针对应的位置是8040
- 通过指针可以找到对应tuple。
这是tuple(0,4)；既然vacuum；表示可以再使用；但是这是标记是LP_REDIRECT；表明tuple非dead tuple；未进行回收；不可以重复使用。这时你可能会有一个疑问“那什么时候可以回收？”；答案是这个tuple(0,4)不会标记dead tuple。但是执行vacuum;该page是可以回收空间；这个是PG的MVCC处理机制-vacuum的内容；可以分到下个篇幅再讲。这里我们可以简单演示下：
postgres=# update tbl_hot set info = 'postgres' where id = 4;UPDATE 1postgres=# select lp, lp_off, lp_flags, t_ctid, t_infomask2 from heap_page_items(get_raw_page('tbl_hot', 0)); lp | lp_off | lp_flags | t_ctid | t_infomask2 ----+--------+----------+--------+------------- 1 | 8152 | 1 | (0,1) | 2 2 | 8112 | 1 | (0,2) | 2 3 | 8072 | 1 | (0,3) | 2 4 | 5 | 2 | | 5 | 8040 | 1 | (0,6) | 49154 6 | 8000 | 1 | (0,6) | 32770(6 rows)postgres=# vacuum tbl_hot;VACUUMpostgres=# select lp, lp_off, lp_flags, t_ctid, t_infomask2 from heap_page_items(get_raw_page('tbl_hot', 0)); lp | lp_off | lp_flags | t_ctid | t_infomask2 ----+--------+----------+--------+------------- 1 | 8152 | 1 | (0,1) | 2 2 | 8112 | 1 | (0,2) | 2 3 | 8072 | 1 | (0,3) | 2 4 | 6 | 2 | | 5 | 0 | 0 | | 6 | 8032 | 1 | (0,6) | 32770(6 rows)postgres=# select ctid,t.* from tbl_hot t; ctid | id | info -------+----+---------- (0,1) | 1 | lottu (0,2) | 2 | lottu (0,3) | 3 | lottu (0,5) | 5 | lottu (0,6) | 4 | postgres(5 rows)最后；当更新的元祖是在其他page；这是索引也会更新；这可以理解是行迁移。这在oracle也是存在这种情况。但是相比oracle更频繁；当然可以设置降低fillfactor；减少这种情况出现。
三、参考
https://blog.csdn.net/xiaohai928ww/article/details/98603707
https://www.postgresql.org/docs/12/pageinspect.html
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